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力學綜合計算題分類例析

綜觀歷年各省市中考題，不難發現，力學計算大多以綜合題的形式出現，單獨用一個知識點只對某一個物理量（如密度、壓強等）進行求解的力學計算題已很少見了，絕大部分力學的計算題都有一定的綜合性。綜合題的優點是：一方面能考查學生分析、理解和推理的思維能力，另一方面考查學生綜合運用知識的能力和知識遷移能力。這完全符合新課程標準的要求和目標，所以這種題型在今后的中考中仍將占有很重要的位置。本專題從以下幾個方面對這類計算題進行分析探究。以指導同學們解題時抓住要點，一舉突破。

一.思路和方法

1.讀懂題意或圖示，明確已知量和所求量。

有些新題型會出現一些新名詞或概念，有的已知條件比較隱蔽，應該努力挖掘出對解題有用的信息。

2.分析研究對象所處的狀態或物理過程，找出已知量和未知量之間的聯系。

為了幫助分析，通常對研究對象進行受力分析并畫出受力圖，確定哪些力構成平衡力，根據平衡條件建立平衡方程式，這是很關鍵的一步。

3.明確題目所描述的對象和過程涉及到哪些知識點，選擇適當的公式或規律進行計算。

①求壓強時可用，兩個公式進行求解。但后一個公式一般用來求解液體壓強，只有豎直放置的柱體對支承面產生壓強，才能用來解。

②計算浮力的方法有很多：（1）阿基米德原理；（2）彈簧測力計測浮力（G與F分別為物體在空氣中稱和在液體中稱時彈簧測力計的示數）；（3）平衡法：物體處于漂浮或懸浮；（4）壓力差法：。根據已知條件和研究對象所處的狀態選擇適當的公式求浮力。

③求滑輪組的機械效率也有兩個公式：和。當滑輪組豎直提升物體時就用前者，當滑輪組水平拉物體時就用后者。

4.驗證計算結果

對答案進行檢驗，看過程有無錯誤，看結果是否符合實際。

二.熱點問題歸類

熱點一：密度、壓強和浮力的綜合。

例1.某電梯公寓樓約40m，完成此建筑物需要澆鑄鋼筋混凝土，還需要使用其他建筑材料，混凝土密度為，取。求：（1）已知自來水的密度為，若要從地面向樓頂提供自來水，加壓設備至少需要給施加多大的壓強？（不考慮大氣壓強）

（2）測量表明，該樓的地基所承受的壓強不得超過，若地基與地面的接觸面積為，則此大樓另外添加的裝飾材料、各種設備等物資及進入大樓的人員的總質量不得超過多少？

解析：這是一道密度和壓強的綜合題，根據公式。（1）小題立即解決。（2）小題中要求質量，則可以先求出最大重力，然后求出最大質量，最后減去已有的質量即可，具體解法如下：

（1）

（2）設混凝土、其他建筑材料和其余部分的質量分別為m1、m2和m3，總重量為G

當m3最大時，G最大，大樓對地基的壓力F最大，地基所承受的壓強達到最大值。

所以

所以

例2.去年南京市對大明湖進行了首次換水清淤，換水后大明湖水清澈見底，魚兒歡暢。愛湖小分隊的同學準備利用自己掌握的科學知識對湖水水質進行監測。他們通過調查，了解到大明湖周邊主要污染源很容易導致湖水密度變大，而密度達到的水域就不適宜湖里魚類生存，他們就想到做一個簡易的密度計來監控湖水密度。為此找來一根長為1.2m粗細均勻的木條，在底端嵌入適量重物，使其能直立漂浮水中，做好相應的標記后就可以監測湖水的密度了，測量得該簡易密度計的總質量為0.5kg。（g取10N/kg）

（1）先將該木條放入足夠深的清水中，測得木條露出水面0.2m，在水面處畫上白線，請計算此時木條底端受到的水的壓強及木條受到的浮力。

（2）請通過計算說明應在木條的什么位置畫上表示污水密度達到時的紅線，以監測湖水密度是否超標。

解析：此題是一道運用知識解決實際問題的好題，綜合的知識有壓強、浮力和二力平衡等。（1）木條底端受到水的壓強可直接用來求；又因木條處于漂浮狀態，故可用二力平衡法求浮力。

由于木條處于漂浮狀態，所以：

（2）此題實際上是求木條浸入污水的深度h，要求深度必先求，因為，可通過浮力算出。又因木條的橫截面積S未知，深度h似乎無法求出，但我們要善于利用（1）小題的條件，找到兩者的相同之處，即在清水中和污水中都處于漂浮狀態，兩者受到的浮力相等，所以

，即，所以：

熱點二：速度、功率和效率的綜合

例3.如圖1所示，物體重20N，在拉力F的作用下，以0.5m/s的速度沿水平方向勻速運動，物體與地面的摩擦力是物重的0.2倍，求：

（1）不記滑輪、繩重和滑輪組的摩擦，拉力的大小及拉力的功率。

（2）若拉力為2.5N，該滑輪組的機械效率。

圖1

解析：在不計摩擦的情況下，可直接用滑輪組省力公式求拉力，不過不是，而應該是（是物體A與地面的摩擦）。因為對物體的拉力不是等于物體的重量，而是等于地面對物體的摩擦力。相應地，求這種水平裝置的滑輪組的機械效率的計算公式也應該是，而不是。拉力的功率可進行如下推導：

（1）拉力的大小：

拉力的功率：

（2）

熱點三：壓強或浮力與杠桿類相結合的綜合題

例4.圖2是小明設計的一個用水槽來儲存二次用水的沖廁裝置。帶有浮球的橫桿AB（B為浮球的中心）能繞O點轉動，倒“T”形閥門C底部為厚度不計的橡膠片，上部為不計粗細的直桿，進水口的橫截面積為4cm2，浮球的體積為100cm3，OB是OA長度的6倍，AB桿左端壓在閥門C上，閥門C堵住進水口時，AB桿水平，浮球頂部和溢水口相平，不考慮閥門C、橫桿AB及浮球受到的重力。（）求：

（1）浮球浸沒時，浮球受到的浮力多大？A端受力多大？

（2）為了防止水從溢水口溢出，水槽中的水面與溢水口的高度差不能超過多少？

圖2

解析：本題又是一道力學綜合題，描述的物理情境較為復雜，所以分析審題是關鍵，尤其是要把這個裝置的結構示意圖看懂，搞清楚它的工作過程和原理，解題過程如下：

（1）當球全部浸沒水中時：

橫桿B端受力等于浮球所受浮力，即：

運用杠桿平衡條件：

，因為

所以A端受力為：

（2）水恰能從溢水口流出時水槽中的水面距溢水口的高度差是允許的最大值。此時，浮球全部浸沒，閥門C受到水槽中的水向上的壓力和水箱中水向下的壓力及浮球浸沒時杠桿A端對閥門C向下的壓力相互平衡，即：

                                         ①

設水槽中的水面距閥門C底部橡膠片的高度為H，溢水口到閥門C底部橡膠片的高度為h，則：

                                             ②

                                              ③

把②③式代入①中，有

整理得：

人教版第十二章   運動和力 復習提綱

一、參照物

　　1．定義：為研究物體的運動假定不動的物體叫做參照物。

 　　2．任何物體都可做參照物，通常選擇參照物以研究問題的方便而定。如研究地面上的物體的運動，常選地面或固定于地面上的物體為參照物，在這種情況下參照物可以不提。

 　　3．選擇不同的參照物來觀察同一個物體結論可能不同。同一個物體是運動還是靜止取決于所選的參照物，這就是運動和靜止的相對性。

 　　4．不能選擇所研究的對象本身作為參照物那樣研究對象總是靜止的。

 　　練習：

 　　☆詩句“滿眼風光多閃爍，看山恰似走來迎，仔細看山山不動，是船行”其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參照物分別是船和山。

 　　☆坐在向東行駛的甲汽車里的乘客，看到路旁的樹木向后退去，同時又看到乙汽車也從甲汽車旁向后退去，試說明乙汽車的運動情況。

 　　分三種情況：①乙汽車沒動；②乙汽車向東運動，但速度沒甲快；③乙汽車向西運動。

 　　☆解釋毛澤東《送瘟神》中的詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”。

 　　第一句：以地心為參照物，地面繞地心轉八萬里。第二句：以月亮或其他天體為參照物在那可看到地球上許多河流。

 　　二、機械運動

 　　定義：物理學里把物體位置變化叫做機械運動。

 　　特點：機械運動是宇宙中最普遍的現象。

 　　比較物體運動快慢的方法：

 　　⑴比較同時啟程的步行人和騎車人的快慢采用：時間相同路程長則運動快。

 　　⑵比較百米運動員快慢采用：路程相同時間短則運動快。

 　　⑶百米賽跑運動員同萬米運動員比較快慢，采用：比較單位時間內通過的路程。實際問題中多用這種方法比較物體運動快慢，物理學中也采用這種方法描述運動快慢。

 　　練習：體育課上，甲、乙、丙三位同學進行百米賽跑，他們的成績分別是14．2S，13．7S，13．9S，則獲得第一名的是    同學，這里比較三人賽跑快慢最簡便的方法是路程相同時間短運動的快。

 　　分類：（根據運動路線）⑴曲線運動；⑵直線運動。

 　　Ⅰ  勻速直線運動：

 　　定義：快慢不變，沿著直線的運動叫勻速直線運動。

 　　定義：在勻速直線運動中，速度等于運動物體在單位時間內通過的路程。

 　　物理意義：速度是表示物體運動快慢的物理量。

 　　計算公式：變形，。

 　速度單位：國際單位制中m/s；運輸中單位km/h；兩單位中m/s單位大。

 　　換算：1m/s=3．6km/h。人步行速度約1．1m/s。它表示的物理意義是：人勻速步行時1秒中運動1．1m。

 　　直接測量工具：速度計。

 　　速度圖象：

 　　Ⅱ  變速運動：

 　　定義：運動速度變化的運動叫變速運動。

　　（求某段路程上的平均速度，必須找出該路程及對應的時間）。

 　　物理意義：表示變速運動的平均快慢。

 　　平均速度的測量：原理。

 　　方法：用刻度尺測路程，用停表測時間。從斜面上加速滑下的小車。設上半段，下半段，全程的平均速度為v1．v2．v 則v2>v>v1。

 　　常識：人步行速度1．1m/s；自行車速度5m/s；大型噴氣客機速度900km/h；客運火車速度140km/h；高速小汽車速度108km/h；光速和無線電波3×108m/s。

 　　Ⅲ  實驗中數據的記錄：

 　　設計數據記錄表格是初中應具備的基本能力之一。設計表格時，要先弄清實驗中直接測量的量和計算的量有哪些，然后再弄清需要記錄的數據的組數，分別作為表格的行和列。根據需要就可設計出合理的表格。

　　練習： 　　某次中長跑測驗中，小明同學跑1000m，小紅同學跑800m，測出他兩跑完全程所用的時間分別是4分10秒和三分20秒，請設計記錄表格，并將他們跑步的路程、時間和平均速度記錄在表格中。

 　　解：表格設計如下

三、長度的測量

 　　1．長度的測量是物理學最基本的測量，也是進行科學探究的基本技能。長度測量的常用的工具是刻度尺。

 　　2．國際單位制中，長度的主單位是m，常用單位有千米（km），分米（dm），厘米（cm），毫米（mm），微米（μm），納米（nm）。

 　　3．主單位與常用單位的換算關系：

 　　1km=103m；1m=10dm；1dm=10cm；1cm=10mm；1mm=103μm；1m=106μm；1m=109nm；1μm=103nm。

 　　單位換算的過程：口訣：“系數不變，等量代換”。

 　　4．長度估測：黑板的長度2．5m；課桌高0．7m；籃球直徑24cm；指甲寬度1cm；鉛筆芯的直徑1mm；一只新鉛筆長度1．75dm；手掌寬度1dm；墨水瓶高度6cm。

 　　5．特殊的測量方法：

 　　A、測量細銅絲的直徑、一張紙的厚度等微小量常用累積法（當被測長度較小，測量工具精度不夠時可將較小的物體累積起來，用刻度尺測量之后再求得單一長度）

 　　☆如何測物理課本中一張紙的厚度？

 　　答：數出物理課本若干張紙，記下總張數n，用毫米刻度尺測出n張紙的厚度L，則一張紙的厚度為L/n。

 　　☆如何測細銅絲的直徑？

 　　答：把細銅絲在鉛筆桿上緊密排繞n圈成螺線管，用刻度尺測出螺線管的長度L，則細銅絲直徑為L/n。

 　　☆兩卷細銅絲，其中一卷上有直徑為0．3mm，而另一卷上標簽已脫落，如果只給你兩只相同的新鉛筆，你能較為準確地弄清它的直徑嗎？寫出操作過程及細銅絲直徑的數學表達式。

 　　答：將已知直徑和未知直徑兩卷細銅絲分別緊密排繞在兩只相同的新鉛筆上，且使線圈長度相等，記下排繞圈數N1和N2，則可計算出未知銅絲的直徑D2=0．3N1／N2mm

 　　B、測地圖上兩點間的距離，圓柱的周長等常用化曲為直法（把不易拉長的軟線重合待測曲線上標出起點終點，然后拉直測量）

 　　☆給你一段軟銅線和一把刻度尺，你能利用地圖冊估測出北京到廣州的鐵路長嗎？

 　　答：用細銅線去重合地圖冊上北京到廣州的鐵路線，再將細銅線拉直，用刻度尺測出長度L查出比例尺，計算出鐵路線的長度。

 　　C、測操場跑道的長度等常用輪滾法（用已知周長的滾輪沿著待測曲線滾動，記下輪子圈數，可算出曲線長度）

 　　D、測硬幣、球、圓柱的直徑圓錐的高等常用輔助法（對于用刻度尺不能直接測出的物體長度可將刻度尺三角板等組合起來進行測量）

 　　你能想出幾種方法測硬幣的直徑？（簡述）

 　　①直尺三角板輔助法；②貼折硬幣邊緣用筆畫一圈剪下后對折量出折痕長；③硬幣在紙上滾動一周測周長求直徑；④將硬幣平放直尺上，讀取和硬幣左右相切的兩刻度線之間的長度。

 　　6．刻度尺的使用規則：

 　　A、“選”：根據實際需要選擇刻度尺。

 　　B、“觀”：使用刻度尺前要觀察它的零刻度線、量程、分度值。

 　　C、“放”用刻度尺測長度時，尺要沿著所測直線（緊貼物體且不歪斜）。不利用磨損的零刻線。（用零刻線磨損的刻度尺測物體時，要從整刻度開始）

 　　D、“看”：讀數時視線要與尺面垂直。

 　　E、“讀”：在精確測量時，要估讀到分度值的下一位。

 　　F、“記”：測量結果由數字和單位組成。（也可表達為：測量結果由準確值、估讀值和單位組成）。

 　　練習：有兩位同學測同一只鋼筆的長度，甲測得結果12．82cm，乙測得結果為12．8cm。如果這兩位同學測量時都沒有錯誤，那么結果不同的原因是：兩次刻度尺的分度值不同。如果這兩位同學所用的刻度尺分度值都是mm，則乙同學的結果錯誤。原因是：沒有估讀值。

 　　7．誤差：

 　　（1）定義：測量值和真實值的差異叫誤差。

 　　（2）產生原因：測量工具  測量環境  人為因素。

 　　（3）減小誤差的方法：多次測量求平均值；用更精密的儀器。

 　　（4）誤差只能減小而不能避免，而錯誤是由于不遵守測量儀器的使用規則和主觀粗心造成的，是能夠避免的。

 　　四、時間的測量

 　　1．單位：秒（S）。

 　　2．測量工具：古代：日晷、沙漏、滴漏、脈搏等。

 　　現代：機械鐘、石英鐘、電子表等。

 　　五、力的作用效果

 　　1．力的概念：力是物體對物體的作用。

 　　2．力產生的條件：①必須有兩個或兩個以上的物體；②物體間必須有相互作用（可以不接觸）。

 　　3．力的性質：物體間力的作用是相互的（相互作用力在任何情況下都是大小相等，方向相反，作用在不同物體上）。兩物體相互作用時，施力物體同時也是受力物體，反之，受力物體同時也是施力物體。

 　　4．力的作用效果：力可以改變物體的運動狀態；力可以改變物體的形狀。

 　　說明：物體的運動狀態是否改變一般指：物體的運動快慢是否改變（速度大小的改變）和物體的運動方向是否改變。

 　　5．力的單位：國際單位制中力的單位是牛頓簡稱牛，用N表示。

 　　力的感性認識：拿兩個雞蛋所用的力大約1N。

 　　6．力的測量：

 　　⑴測力計：測量力的大小的工具。

 　　⑵分類：彈簧測力計、握力計。

 　　⑶彈簧測力計：

 　　A、原理：在彈性限度內，彈簧的伸長與所受的拉力成正比。

 　　B、使用方法：“看”：量程、分度值、指針是否指零；“調”：調零；“讀”：讀數=掛鉤受力。

 　　C、注意事項：加在彈簧測力計上的力不許超過它的最大量程。

 　　D、物理實驗中，有些物理量的大小是不宜直接觀察的，但它變化時引起其他物理量的變化卻容易觀察，用容易觀察的量顯示不宜觀察的量，是制作測量儀器的一種思路。這種科學方法稱做“轉換法”。利用這種方法制作的儀器：溫度計、彈簧測力計、壓強計等。

 　　7．力的三要素：力的大小、方向、和作用點。

 　　8．力的表示法：力的示意圖：用一根帶箭頭的線段把力的大小、方向、作用點表示出來，如果沒有大小，可不表示，在同一個圖中，力越大，線段應越長。

 　　六、慣性和慣性定律

 　　1．伽利略斜面實驗：

 　　⑴三次實驗小車都從斜面頂端滑下的目的是：保證小車開始沿著平面運動的速度相同。

 　　⑵實驗得出得結論：在同樣條件下，平面越光滑，小車前進地越遠。

 　　⑶伽利略的推論是：在理想情況下，如果表面絕對光滑，物體將以恒定不變的速度永遠運動下去。

 　　⑷伽利略斜面實驗的卓越之處不是實驗本身，而是實驗所使用的獨特方法──在實驗的基礎上，進行理想化推理。（也稱作理想化實驗）它標志著物理學的真正開端。

　　2．牛頓第一定律：

 　　⑴牛頓總結了伽利略、笛卡兒等人的研究成果，得出了牛頓第一定律，其內容是：一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

 　　⑵說明：

 　　A、牛頓第一定律是在大量經驗事實的基礎上，通過進一步推理而概括出來的，且經受住了實踐的檢驗所以已成為大家公認的力學基本定律之一。但是，我們周圍不受力是不可能的，因此不可能用實驗來直接證明牛頓第一定律。

 　　B、牛頓第一定律的內涵：物體不受力，原來靜止的物體將保持靜止狀態，原來運動的物體，不管原來做什么運動，物體都將做勻速直線運動。

 　　C、牛頓第一定律告訴我們：物體做勻速直線運動可以不需要力，即力與運動狀態無關，所以力不是產生或維持運動的原因。

　　3．慣性：

 　　⑴定義：物體保持運動狀態不變的性質叫慣性。

 　　⑵說明：慣性是物體的一種屬性。一切物體在任何情況下都有慣性，慣性大小只與物體的質量有關，與物體是否受力、受力大小、是否運動、運動速度等皆無關。

 　　4．慣性與慣性定律的區別：

 　　A、慣性是物體本身的一種屬性，而慣性定律是物體不受力時遵循的運動規律。

 　　B、任何物體在任何情況下都有慣性，（即不管物體受不受力、受平衡力還是非平衡力），物體受非平衡力時，慣性表現為“阻礙”運動狀態的變化；慣性定律成立是有條件的。

 　　☆人們有時要利用慣性，有時要防止慣性帶來的危害，請就以上兩點各舉兩例（不要求解釋）。答：利用：跳遠運動員的助跑；用力可以將石頭甩出很遠；騎自行車蹬幾下后可以讓它滑行。防止：小型客車前排乘客要系安全帶；車輛行使要保持距離；包裝玻璃制品要墊上很厚的泡沫塑料。

 　　七、二力平衡

 　　1．定義：物體在受到兩個力的作用時，如果能保持靜止狀態或勻速直線運動狀態稱二力平衡。

 　　2．二力平衡條件：二力作用在同一物體上、大小相等、方向相反、兩個力在一條直線上。

 　　概括：二力平衡條件用四字概括“一、等、反、一”。

 　　3．平衡力與相互作用力比較：

 　　相同點：①大小相等；②方向相反；③作用在一條直線上不同點：平衡力作用在一個物體上可以是不同性質的力；相互力作用在不同物體上是相同性質的力。

 　　4．力和運動狀態的關系：

 　　5．應用：應用二力平衡條件解題要畫出物體受力示意圖。

 　　畫圖時注意：①先畫重力然后看物體與那些物體接觸，就可能受到這些物體的作用力；②畫圖時還要考慮物體運動狀態。